JP4622897B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド自動車用、燃料電池自動車用等の回転電機（モータ）のステータ及びその製造方法、並びに、そのステータに使用する分割コア及び筒状ハウジングに関するものである。

回転電機のステータＳは、図１０に示すように、通常、筒状ハウジング１内にその内面に沿って円環状に分割コア２を配置し、その各分割コア２にそれぞれにコイル３を巻回した構成であり、その中にロータ４を同一心に装填し、前記各コイル３に３相交流電源を供給して各コア２に磁場を形成して前記ロータ４を回転させるものである（特許文献１参照）。
特開平１１−３０８８３０号公報

このステータＳにおいて、円環状分割コア２の固定は、円環状に並んだ分割コア２の外周面にハウジング１を焼き嵌めする手段が一般的である。しかし、この焼き嵌めによる固定は、十分な固定力を得ようとすれば、勢い、その焼き嵌め力を大きく設定し過ぎとなり、図１０に示す、分割コア２のバックヨーク２ａのコーナ部ａに大きな応力が掛かり、そのコーナ部ａの破損を招く恐れがある。

このため、各分割コア２の下面をハウジング１の内面から内方に突出する爪で支持すると共に、分割コア２の上面にリングを設けて、このリングと前記爪により分割コア２を挟持し、さらに、リングと分割コア２にピンを挿し込み、そのピンにより、分割コア２の周方向への移動を防止した技術がある（特許文献１参照）。

ところで、今日、環境問題の点から、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車が開発され、これらの自動車は、回転電機を補助駆動源又は主駆動源とし、その回転電機は当然のこととして小型化が要求される。その回転電機の小型化への一手段として、ステータの小型化がある。
また、例えば、ハイブリッド自動車では、バッテリーからの直流をインバータで３相交流に変換し、その３相交流電源を上記各コイルに供給する。今日、その３相交流には約５００Ｖ程度の高電圧が使用されて回転電機の高出力化が図られている。

この回転電機の小型高出力化を図るためには、回転数の増大（高周波化）が考えられるが、高周波化により、ステータＳのコア２内に発生する渦電流損失が増大し、鉄損が大きくなって回転効率の低下が起こる。
このような実情の下、従来の電磁鋼板製の分割コアに比べ、高周波での鉄損が低い圧紛製分割コアの開発が進められている。この圧紛コアは、粒子内の渦電流を閉じ込めるため、本質的に渦電流を抑制でき、高周波性能が良いものである。

上記ピンによる分割コアの周方向への移動を防止した技術は、そのピンの挿し込み、リングの装着などの作業工程が多いとともに、部品点数も多く、ステータのコストダウン化には適していない。
特に、分割コア２を圧紛製とした場合、コア２にピン孔を形成することは煩雑である。

この発明は、以上の状況に鑑み、分割コアの周方向への移動の防止（分割コアの円環状固定）を安価にかつ簡単な構造により行うことを第１の課題とし、それに加えて、小型高出力に耐え得るステータとし得ることを第２の課題とする。

上記第１の課題を達成するために、この発明は、円環状に配置した分割コアを、その外周面に筒状ハウジングをねじ込むことにより締結することとしたのである。
ハウジングの焼き嵌めによる分割コアの締結は、その締結力の正確な算出が困難であるため、その各分割コアの製作公差を吸収すべく、勢い、その焼き嵌め力を大きくしがちであるが、実際には、その締結力はそれほど必要としていない。このため、その締結力を管理できれば、その締結力は必要最小限のものとすることが好ましい。
ねじ締めは、そのねじ締めトルクを管理し易いため、分割コアの締結力を必要最小限のものとすることができる。

また、ハウジングのねじ込みによって分割コアが円環状に締結されれば、その締結力は円環状周方向への力を発生させ、この力によって、分割コアの周方向への移動が防止される。すなわち、分割コアの円環状態が固定される。このため、ハウジングを焼き嵌めによって固定する場合のような加熱器、また、圧入する場合のプレス機等の他の器具の必要もない。
因みに、分割コアのバックヨークの厚みは、コアの大きさ等によって一義的に決定されるが、その背面にねじを切っても、コア性能には問題とならないため、従来の分割コアの設計において、ねじ切りすればよい。

つぎに、上記第２の課題を達成するために、この発明は、分割コアを、圧紛により形成することとしたのである。
圧紛コアは、上述のように、高周波性能が良いものであって、小型高出力化に向いている。しかし、機械的強度に問題はあるが、上記ねじ締めによって、分割コアの締結を行えば、必要最小限の力でもって締結し得るため、圧紛製であっても、その締結によって損傷する恐れはない。

この発明は、以上のように、分割コアを圧粉によって製作し、その分割コアをハウジングのねじ込みによって締結するようにしたので、小型高出力に耐え得る安価なステータを得ることができる。

この発明の実施形態としては、筒状ハウジング内にその内面に沿って円環状に分割コアを配置し、その各分割コアにそれぞれにコイルを巻回した回転電機のステータにおいて、各分割コアを圧粉からなるものとして、その分割コアを円環状に配置した外周面に筒状ハウジングをねじ込み、そのねじ締めによって分割コアの締結を行った構成を採用できる。

この構成において、上記筒状ハウジング１は上下に複数分割したもの、例えば、２分割、３分割・・等のものとすれば、そのハウジングのねじ込み作業が容易となる。その３分割以上の場合、中程に位置するハウジングには、ねじを切らずにコアの位置決め用の役目を担うようにする。２分割でもその一方をコアの位置決めとし得る。
このとき、下側のハウジングは、各分割コアを円環状に配置する役目を果たすのものとし、上側のハウジングをその円環状に配置された分割コアの外周面にねじ込んで締結するようにすることができる。その下側ハウジングによる分割コアの配置は、下側ハウジングの内面に各分割コアに嵌る係止片を設けたり、各分割コアが嵌る凹部を下側ハウジング内面に形成して、各分割コアを位置決めすると良い。

このスタータの製造方法としては種々が考えられるが、例えば、上記分割コアを円環状に配置し、その円環状に配置した分割コアの外周面に上記ハウジングをねじ込み、そのねじ締めによって分割コアを締結するとともに、そのねじ込みトルクを調整して前記分割コアの締結力を調整する構成を採用する。

一実施例を図１〜図４に示し、この実施例は、燃料電池自動車用回転電機やハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに係り、従来と同様に、筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に分割コア１２を配置し、その各分割コア１２にそれぞれにコイル１３を巻回したものである。通常、コイル１３は、分割コア１２をハウジング１１内に配置する前にそのコア１２に巻回する。

その分割コア１２は、圧粉成形されたものであって、その成形時に、図４に示すように、コイル１３の巻回されたコア本体１２ａの後面にバックヨーク１２ｂを有する。このバックヨーク１２ｂの背面には、分割コア１２を円環状に配置した際のその周方向のねじ１５が形成されている。このねじ１５は、コア１２の成形時に同時に形成しても良いが、コア１２の成形後、その背面にねじ切削加工によって形成する。このとき、その背面の平滑化の切削も同時に行って、モータ特性に影響を及ぼす内径公差をなくすようにすることが好ましい。

この平滑化はコア内周面基準を決定する。すなわち、円環状配置の分割コア１２をハウジング１１によってねじ止めした際、その分割コア１２の外周面が平滑化されて一定基準となっておれば、その基準面でねじ締めがなされるため、結果として、その円環状配置の分割コア１２内周面が一定基準に位置決めされることとなる。位置決めされれば、ロータ４との間隙（ギャップ）を全周に亘って一定とすることができる。

筒状ハウジング１１は、図１、図３に示すように、上下の分割ハウジング１１ａ、１１ｂとからなり、その両ハウジング１１ａ、１１ｂの内面には分割コア１２のねじ１５に対応するねじ１６を形成する。
この両ねじ１５、１６は、そのねじ進行回転方向をロータ４の回転トルク方向と同じとしても良いが、ロータ４の回転トルクに対し、そのねじ進行回転方向（締結方向）が抗するように（ロータ４の回転トルク方向と逆に）設定することが好ましい。すなわち、回転トルクが働けば、さらに各分割コア１２が強固に締結されるように設定することが好ましい。
また、ハウジング１１ａ、１１ｂを分割コア１２外周面にねじ込む際、そのねじ込みにつれて、分割コア１２の円環状の径が小さくなって隣接する分割コア１２がそのバックヨーク１２ｂの両側端面で押し合って（相互に抗力を作用させて）固定状態になるように、そのねじ１５、１６の径を設定する。

この実施例は以上の構成であり、このステータＳは、まず、図２に示すように、内径位置決め治具２０の周囲に分割コア１２を配置し、図３に示す円環状分割コア１２を得る。
この円環状に配置された分割コア１２の外周面に、図３に示すように上下の分割ハウジング１１ａ、１１ｂをねじ込んで各分割コア１２を締結する（同図においては、治具２０は省略している）。この締結により、図１に示すように、隣接する分割コア１２同士がそのバックヨーク１２ｂの両側端面で押し合って固定状態になる。
このとき、治具２０の載置円板２０ａは配置された円環状の分割コア１２の外周面より、下側分割ハウジング１１ｂのねじ込み厚さ以上小径に設定されている。このため、下側分割ハウジング１１ｂのねじ込みに支障はない。
そのねじ締め度合は、各分割コア１２を締結するための必要最小限の力として、そのねじ締めトルクを管理する。そのトルクは実験等によって、適宜に設定する。

ハウジング１１により各分割コア１２が円環状に所要の力で締結されれば、上下の分割ハウジング１１ａ、１１ｂを溶接して一体とする。その後、必要に応じて、各分割コア１２とハウジング１１を樹脂モールドしたり、適宜箇所に接着材を注入して各分割コア１２を一体化することができる。

この実施例において、上下の分割ハウジング１１ａ、１１ｂの両ねじ１６を逆ねじとし、分割コア１２の背面のねじ１５もそのねじ１６に応じて上下の中央を境にして逆ねじとすることもできる。
また、図５に示すように分割ハウジング１１ａ、１１ｂは蓋１１ｃ付とすることもできる。
このとき、下側分割ハウジング１１ｂは、ねじ１６を形成しないものとすれば、その下側分割ハウジング１１ｂを治具２０の代わりとして、そのハウジング１１ｂ内に分割コア１２を円環状に配置して、上側分割ハウジング１１ａを分割コア１２の背面（外周面）にねじ込むようにすることもできる。この場合、分割コア１２の背面下側にはねじ１５を形成しないようにすることもでき、下側分割ハウジング１１ｂの内周面に各分割コア１２の背面を位置決めすることによって、その円環状分割コア１２の内周面がロータ４と所要のギャップを有するように位置決めされる。

この下側分割ハウジング１１ｂにねじ１６を形成しない場合、図７に示すように、下側分割ハウジング１ｂ内面に段部１７を形成して、治具２０の載置円板２０ａの代用をすることができる。段部１７は、ハウジング１１ｂ内面全周を厚さの異なる凹部として形成したり、突片を別途に溶接等によって固定したりする等の手段でもって形成する。

また、図４に示す分割コア１２は、そのバックヨーク１２ｂの上下の端面をフラットとしたが、図８に示すように、その上下の端面に凹部１８を形成することができる。この凹部１８を形成した場合には、図９に示すように、その凹部１８に嵌る突片１９を下側分割ハウジング１１ｂ内面に形成して、その突片１９を凹部１８に嵌めることによって分割コア１２を位置決めするようにすることもできる。このとき、突片１９は、ハウジング１１ｂの切り起し、ハウジング１１ｂに別途の片を溶接すること等によって設けることができ、分割コア１２と同数設けても良いが、所要個数毎でも良い。
さらに、ハウジング１１は、分割せずに、図６に示すように、一つものとすることもできる。

この発明は、実施例の燃料電池自動車用又はハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに限らず、その他の大小を問わず各種の回転電機のステータに採用できることは勿論である。

一実施例の概略斜視図 同実施例の製作説明用斜視図 同実施例の製作説明用斜視図 同実施例の分割コアの斜視図 他の実施例の製作説明用斜視図 他の実施例の製作説明用斜視図 他の実施例の製作説明用の要部斜視図 分割コアの他例の斜視図 他の実施例の製作説明用概略斜視図 同要部斜視図 従来例の平面図

符号の説明

・ １１ 筒状ハウジング
・ １２ 分割コア
・ １３ コイル
１５ 分割コア側ねじ
１６ ハウジング側ねじ
１７ 分割コア位置決め用段部
１８ バックヨークの凹部
１９ 分割コア位置決め用突片
２０ 治具
Ｓ ステータ

Claims (8)

1. 筒状ハウジング（１１）内にその内面に沿って円環状に分割コア（１２）を配置し、その各分割コア（１２）にそれぞれにコイル（１３）を巻回した回転電機のステータ（Ｓ）において、
   各分割コア（１２）を圧粉からなるものとして、その分割コア（１２）を円環状に配置した外周面にその周方向のねじ（１５）が形成されているとともに、筒状ハウジング（１１）内面には前記ねじ（１５）に対応してねじ合うねじ（１６）が形成されており、前記円環状に配置した分割コア（１２）の外周面に前記筒状ハウジング（１１）を前記両ねじ（１５、１６）を介してねじ込み、そのねじ締めによって各分割コア（１２）がその両側端面で押し合って各分割コア（１２）の締結を行ったことを特徴とする回転電機のステータ。
2. 上記両ねじ（１５、１６）のねじ進行方向をロータ（４）の回転トルク方向と逆としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 上記筒状ハウジング（１１）を上下２分割のもの（１１ａ、１１ｂ）としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ。
4. 上記筒状ハウジング（１１）の内面下側に、各分割コア（１２）の下面が係止する内側に突出する段部（１７）又は突片（１９）を形成し、その段部（１７）又は突片（１９）の上面に分割コア（１２）の下面を係止して分割コア（１２）を、前記筒状ハウジング（１１）内にその内面に沿って円環状に位置決め配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の回転電機のステータ。
5. 上記筒状ハウジング（１１）の内面下側に、各分割コア（１２）の下面が係止する内側に突出する突片（１９）を形成し、その突片（１９）に分割コア（１２）の下面凹部（１８）を係止して分割コア（１２）を、前記筒状ハウジング（１１）内にその内面に沿って円環状に位置決め配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の回転電機のステータ。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の回転電機のステータ（Ｓ）の製造方法であって、上記分割コア（１２）を円環状に配置し、その円環状に配置した分割コア（１２）の外周面に上記筒状ハウジング（１１）をねじ込み、そのねじ締めによって分割コア（１２）を締結するとともに、そのねじ込みトルクを調整して前記各分割コア（１２）の締結力を調整することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
7. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の回転電機のステータ（Ｓ）に使用する分割コア（１２）であって、圧紛により製造されているとともに、その外周面に、上記筒状ハウジング（１１）がねじ込まれるねじ（１５）が形成されていることを特徴とする回転電機のステータ用分割コア。
8. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の回転電機のステータ（Ｓ）に使用する筒状ハウジング（１１）であって、円環状に配置した分割コア（１２）の外周面にねじ込まれるねじ（１６）を内周面に有することを特徴とする回転電機のステータ用ハウジング。

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